FR3006369A1

FR3006369A1 - TURBOMACHINE WITH CENTRIFUGAL COMPRESSION STAGE

Info

Publication number: FR3006369A1
Application number: FR1355132A
Authority: FR
Inventors: Kamel Benderradji; Alain Marc Lucien Bromann; Pamela Dominique Daniele Reichert
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2014-12-05
Anticipated expiration: 2033-06-04
Also published as: FR3006369B1

Abstract

Turbomachine, comprenant un étage de compression centrifuge et un diffuseur annulaire (14), l'étage de compression centrifuge comprenant un rouet entouré par une paroi annulaire externe (20) et définissant avec cette paroi une veine de compression dont la sortie radiale est sensiblement alignée avec l'entrée du diffuseur, le diffuseur étant relié à une virole amont (36) dont l'extrémité amont est fixée à l'extrémité amont d'une autre virole amont (22) reliée à la paroi externe précitée (20), caractérisée en ce que la virole du diffuseur comprend des trous (46) de passage d'air et en ce que la turbomachine comprend en outre une pièce annulaire (50) d'étanchéité qui entoure la virole du diffuseur et qui est montée en précontrainte axiale entre le diffuseur et les moyens (24, 38) de fixation des viroles.Turbomachine, comprising a centrifugal compression stage and an annular diffuser (14), the centrifugal compression stage comprising a wheel surrounded by an outer annular wall (20) and defining with this wall a compression vein whose radial outlet is substantially aligned with the inlet of the diffuser, the diffuser being connected to an upstream shell (36) whose upstream end is fixed to the upstream end of another upstream shell (22) connected to the aforementioned external wall (20), characterized in that the diffuser ring comprises holes (46) for air passage and in that the turbomachine further comprises an annular sealing piece (50) which surrounds the diffuser ring and which is mounted in axial prestressing between the diffuser and the means (24, 38) for fixing the ferrules.

Description

DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne une turbomachine à étage de compression centrifuge.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a turbomachine with a centrifugal compression stage.

ETAT DE L'ART L'étage de compression centrifuge d'un compresseur de turbomachine comprend un rouet qui est entouré par une paroi annulaire externe et qui définit avec cette paroi une veine de compression dont la sortie est orientée radialement vers l'extérieur. Un diffuseur annulaire radial est monté en sortie de l'étage de compression centrifuge et comprend en général deux parois annulaires radiales, respectivement amont et aval, qui sont reliées entre elles par des pales et qui définissent entre elles un conduit de diffusion dont l'entrée est alignée avec la sortie radiale de l'étage de compression centrifuge. La sortie du diffuseur radial est en général reliée à l'entrée d'un diffuseur annulaire sensiblement axial qui délivre un flux d'air à la chambre annulaire de combustion de la turbomachine. L'étage de compression centrifuge et le diffuseur sont montés à l'intérieur d'un carter annulaire et sont fixés à ce carter par l'intermédiaire de brides. Le carter comprend une bride annulaire radialement interne de fixation de brides annulaires de l'étage de compression et du diffuseur. La paroi annulaire externe précitée de l'étage de compression centrifuge est reliée par une virole amont à une bride annulaire radialement externe qui est appliquée sur la bride du carter, et la paroi radiale amont du diffuseur est reliée par une virole amont, qui entoure la virole de l'étage de compression, à une bride annulaire radialement externe qui est appliquée sur la bride de fixation de la virole de l'étage de compression. Les brides comprennent des trous de passage de moyens du type vis-écrou pour serrer les brides les unes contre les autres. On a constaté que les pales du diffuseur sont soumises en fonctionnement à des contraintes statiques relativement importantes, pouvant réduire la durée de vie du diffuseur. La présente invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, 30 efficace et économique à ce problème. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention propose une turbomachine, comprenant un étage de compression centrifuge et un diffuseur annulaire, l'étage de compression centrifuge comprenant un rouet entouré par une paroi annulaire externe et définissant avec cette paroi une veine de compression dont la sortie radiale est sensiblement alignée avec l'entrée du diffuseur, le diffuseur étant relié à une virole amont dont l'extrémité amont est fixée à l'extrémité amont d'une autre virole amont reliée à la paroi externe précitée, caractérisée en ce que la virole du diffuseur comprend des trous de passage d'air et en ce que la turbomachine comprend en outre une pièce annulaire d'étanchéité qui entoure la virole du diffuseur et qui est montée en précontrainte axiale entre le diffuseur et les moyens de fixation des viroles. Le problème précité lié aux contraintes statiques dans les pales du diffuseur est résolu par l'invention grâce aux trous ou ajours de la virole du diffuseur, ces trous ayant pour effet d'augmenter la souplesse de la virole qui peut ainsi amortir au moins en partie les contraintes auxquelles sont soumises les pales du diffuseur en fonctionnement. Toutefois, la présence de ces trous entraîne une communication fluidique entre les cavités annulaires situées respectivement à l'intérieur et à l'extérieur de la virole du diffuseur, ce qui peut créer des recirculations d'air pouvant affecter les performances et l'opérabilité de la turbomachine, et n'est donc pas admissible. La présente invention remédie également à ce problème grâce à la pièce annulaire d'étanchéité qui entoure la virole du diffuseur et qui s'étend axialement entre le diffuseur et les moyens de fixation des viroles du diffuseur et du compresseur. Le mode de montage de cette pièce d'étanchéité ne dégrade pas la situation statique et dynamique du stator. La pièce d'étanchéité est de préférence deformable élastiquement en direction axiale. Elle peut comprendre une partie annulaire à section en U ou en V, qui est élastiquement deformable en direction axiale. La géométrie de la pièce permet de suivre les déplacements thermomécaniques du diffuseur et du compresseur afin d'assurer l'étanchéité. La pièce peut comprendre des moyens d'appui axial à chacune de ses extrémités axiales. Lorsque la virole du diffuseur comprend à son extrémité amont une bride annulaire qui est appliquée sur une face radiale aval d'une bride annulaire de la virole de la paroi externe, et qui est fixée à cette bride par des moyens du type vis-écrou, l'extrémité amont de la pièce peut être en appui axial sur la face aval précitée.STATE OF THE ART The centrifugal compression stage of a turbomachine compressor comprises a wheel which is surrounded by an outer annular wall and which defines with this wall a compression line whose outlet is directed radially outwards. A radial annular diffuser is mounted at the outlet of the centrifugal compression stage and generally comprises two radial annular walls, respectively upstream and downstream, which are interconnected by blades and which define between them a diffusion duct whose inlet is aligned with the radial output of the centrifugal compression stage. The output of the radial diffuser is generally connected to the inlet of a substantially axial annular diffuser which delivers an air flow to the annular combustion chamber of the turbomachine. The centrifugal compression stage and the diffuser are mounted inside an annular housing and are fixed to this housing by means of flanges. The housing comprises a radially inner annular flange for fixing annular flanges of the compression stage and the diffuser. The aforementioned outer annular wall of the centrifugal compression stage is connected by an upstream shell to a radially outer annular flange which is applied to the flange of the housing, and the upstream radial wall of the diffuser is connected by an upstream shell, which surrounds the ferrule of the compression stage, to a radially outer annular flange which is applied to the flange for fixing the ferrule of the compression stage. The flanges comprise screw-nut type through holes for clamping the flanges against each other. It has been found that the diffuser blades are subjected in operation to relatively large static stresses, which can reduce the life of the diffuser. The present invention is intended in particular to provide a simple, effective and economical solution to this problem. DESCRIPTION OF THE INVENTION The invention proposes a turbomachine, comprising a centrifugal compression stage and an annular diffuser, the centrifugal compression stage comprising a wheel surrounded by an outer annular wall and defining with this wall a compression vein whose exit radial is substantially aligned with the inlet of the diffuser, the diffuser being connected to an upstream ferrule whose upstream end is fixed to the upstream end of another upstream ferrule connected to the aforementioned outer wall, characterized in that the ferrule the diffuser comprises air passage holes and in that the turbomachine further comprises an annular sealing member which surrounds the diffuser ring and which is mounted in axial preload between the diffuser and the means for fixing the rings. The aforementioned problem related to the static stresses in the diffuser blades is solved by the invention thanks to the holes or holes in the ferrule of the diffuser, these holes having the effect of increasing the flexibility of the ferrule which can thus dampen at least partially the stresses to which the blades of the diffuser in operation are subjected. However, the presence of these holes causes fluid communication between the annular cavities located respectively inside and outside of the diffuser shell, which can create air recirculations that can affect the performance and operability of the turbomachine, and is therefore not eligible. The present invention also remedies this problem by means of the annular sealing piece which surrounds the diffuser ring and which extends axially between the diffuser and the means for fixing the rings of the diffuser and the compressor. The mounting mode of this sealing piece does not degrade the static and dynamic status of the stator. The sealing member is preferably elastically deformable in the axial direction. It may comprise an annular section U or V section, which is elastically deformable in the axial direction. The geometry of the part makes it possible to follow the thermomechanical displacements of the diffuser and the compressor in order to ensure the tightness. The part may comprise axial bearing means at each of its axial ends. When the diffuser ring comprises at its upstream end an annular flange which is applied to a downstream radial face of an annular flange of the shell of the outer wall, and which is fixed to this flange by means of the screw-nut type, the upstream end of the piece may be axially supported on the aforementioned downstream face.

L'extrémité amont de la pièce peut en outre être en appui radial sur la périphérie externe de la bride du diffuseur. L'extrémité aval de la pièce peut être en appui axial sur une paroi radiale amont du diffuseur.The upstream end of the part may also be in radial abutment on the outer periphery of the diffuser flange. The downstream end of the part may be axially supported on an upstream radial wall of the diffuser.

Un joint annulaire d'étanchéité est de préférence monté entre l'extrémité aval de la pièce et le diffuseur. Ce joint peut être précontraint axialement entre une paroi radiale de la pièce et une paroi radiale amont du diffuseur. La présente invention concerne également une pièce annulaire d'étanchéité pour une turbomachine telle que décrite ci-dessus, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens d'appui axial amont, des moyens d'appui axial aval, et une partie annulaire à section en U ou en V, qui est élastiquement deformable en direction axiale. DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d'un étage de compression centrifuge et d'un diffuseur d'une turbomachine, - la figure 2 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale et en perspective d'un étage de compression centrifuge et d'un diffuseur d'une turbomachine selon l'invention, et - la figure 3 est une demi-vue schématique en coupe axiale et en perspective de la pièce annulaire d'étanchéité selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente une partie d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur à double flux, cette turbomachine comportant d'amont en aval, dans le sens d'écoulement des gaz dans le moteur, une soufflante, au moins un compresseur, une chambre de combustion, au moins une turbine, et une tuyère d'éjection des gaz de combustion. Dans la figure 1, seul le dernier étage du compresseur est représenté, cet étage étant un étage centrifuge 10. La sortie 12 de cet étage centrifuge 10 alimente la chambre de combustion par l'intermédiaire d'un diffuseur annulaire radial 14 et d'un diffuseur annulaire axial 16.An annular seal is preferably mounted between the downstream end of the workpiece and the diffuser. This seal may be prestressed axially between a radial wall of the part and an upstream radial wall of the diffuser. The present invention also relates to an annular sealing member for a turbomachine as described above, characterized in that it comprises upstream axial support means, downstream axial support means, and an annular section section. U or V, which is elastically deformable in the axial direction. DESCRIPTION OF THE FIGURES The invention will be better understood and other details, characteristics and advantages of the invention will become apparent on reading the following description given by way of nonlimiting example with reference to the accompanying drawings in which: FIG. 1 is a partial schematic half-view in axial section of a centrifugal compression stage and a diffuser of a turbomachine, - Figure 2 is a partial schematic half-view in axial section and in perspective of a compression stage. centrifugal and a diffuser of a turbomachine according to the invention, and - Figure 3 is a schematic half-view in axial section and in perspective of the annular sealing member according to the invention. DETAILED DESCRIPTION Reference is first made to FIG. 1, which represents a part of a turbomachine such as a turbofan engine, this turbomachine comprising, from upstream to downstream, in the direction of flow of the gases in the engine. a blower, at least one compressor, a combustion chamber, at least one turbine, and a combustion gas ejection nozzle. In FIG. 1, only the last stage of the compressor is shown, this stage being a centrifugal stage 10. The outlet 12 of this centrifugal stage 10 supplies the combustion chamber via a radial annular diffuser 14 and a axial annular diffuser 16.

Le dernier étage de compression 10 comprend un rouet 18 qui tourne à l'intérieur d'une paroi annulaire externe 20 et qui définit avec cette paroi une veine de compression dont la sortie est orientée radialement vers l'extérieur. La paroi 20 est reliée par une virole amont 22 à une bride annulaire 24 qui s'étend radialement vers l'extérieur et qui est destinée à être fixée à une bride annulaire 26 d'un carter annulaire 28 de la turbomachine. Ce carter 28 entoure les diffuseurs 14 et 16 et sa bride 26 s'étend radialement vers l'intérieur. La virole 22 a une forme tronconique et s'étend depuis la paroi 20 d'aval en amont radialement vers l'extérieur, son extrémité amont portant la bride 24 précitée qui est appliquée sur une face radiale aval de la bride 26 du carter 28. Le diffuseur radial 14 comprend deux parois annulaires radiales, respectivement amont 30 et aval 32, qui sont reliées entre elles par des pales 34 et qui définissent entre elles un conduit de diffusion dont l'entrée radiale est alignée avec la sortie radiale de la veine de compression et dont la sortie est reliée à l'entrée du diffuseur axial 16. Ce diffuseur axial 16 est coudé et sa sortie est orientée vers l'aval pour l'alimentation en air de la chambre de combustion. La paroi amont 30 du diffuseur radial 14 est reliée par une virole amont 36 à une bride annulaire radialement externe 38 de fixation aux brides 24, 26. La virole 36 entoure la virole 22 et a une forme tronconique ou cylindrique et son extrémité amont porte la bride 38 précitée qui est appliquée sur une face radiale aval de la bride 24. Les brides 24, 26 et 36 comprennent des trous axiaux de passage de moyens 40 du type vis-écrou pour le serrage des brides. Les viroles 22, 36 délimitent entre elles une cavité annulaire 42 et la virole 36 délimite avec le carter 28 une autre cavité annulaire 44.The last compression stage 10 comprises a wheel 18 which rotates inside an outer annular wall 20 and which defines with this wall a compression vein whose outlet is oriented radially outwards. The wall 20 is connected by an upstream shell 22 to an annular flange 24 which extends radially outwards and which is intended to be fixed to an annular flange 26 of an annular casing 28 of the turbomachine. This casing 28 surrounds the diffusers 14 and 16 and its flange 26 extends radially inwards. The collar 22 has a frustoconical shape and extends from the downstream wall 20 upstream radially outward, its upstream end carrying the aforementioned flange 24 which is applied on a downstream radial face of the flange 26 of the casing 28. The radial diffuser 14 comprises two radial annular walls, respectively upstream 30 and downstream 32, which are interconnected by blades 34 and which define between them a diffusion duct whose radial inlet is aligned with the radial outlet of the duct. compression and whose output is connected to the inlet of the axial diffuser 16. This axial diffuser 16 is bent and its outlet is oriented downstream for the air supply of the combustion chamber. The upstream wall 30 of the radial diffuser 14 is connected by an upstream shell 36 to a radially outer annular flange 38 for attachment to the flanges 24, 26. The shell 36 surrounds the ferrule 22 and has a frustoconical or cylindrical shape and its upstream end carries the said flange 38 which is applied on a downstream radial face of the flange 24. The flanges 24, 26 and 36 comprise axial holes for passing means 40 of the screw-nut type for tightening the flanges. The ferrules 22, 36 delimit between them an annular cavity 42 and the ferrule 36 delimits with the housing 28 another annular cavity 44.

La présence de trous 46 dans la virole 36 se traduit par une communication fluidique entre les cavités 42, 44. Pour limiter voire empêcher les recirculations d'air dans ces cavités, la présente invention propose de monter une pièce annulaire d'étanchéité autour de la virole 36 et montée en précontrainte axiale entre le diffuseur radial 14 et les brides 24, 38.The presence of holes 46 in the ferrule 36 results in fluidic communication between the cavities 42, 44. To limit or even prevent the recirculation of air in these cavities, the present invention proposes to mount an annular sealing piece around the ferrule 36 and mounted in axial prestressing between the radial diffuser 14 and the flanges 24, 38.

Les figures 2 et 3 représentent une mode de réalisation de cette pièce d'étanchéité 50. Dans l'exemple représenté, la pièce 50 comprend essentiellement trois parties, une partie amont 52 sensiblement cylindrique, une partie intermédiaire 54 élastiquement deformable en direction axiale, et une partie aval 56 sensiblement cylindrique. La partie amont 52 de la pièce comprend une surépaisseur radiale et est en appui axial vers l'amont sur la face radiale aval de la bride 24 du compresseur. Dans l'exemple représenté, la partie amont 52 a un diamètre externe sensiblement égal au diamètre externe de la bride 22. La partie amont 52 est en outre en appui radial sur la périphérie externe de la bride 38 du diffuseur radial 14. La partie intermédiaire 54 de la pièce 50 a en section une forme en V qui est deformable élastiquement (par compression - flèche 58). Cette partie comprend une première paroi tronconique amont qui s'étend d'amont en aval vers l'extérieur et dont l'extrémité amont est reliée à l'extrémité aval de la partie amont 52 et l'extrémité aval est reliée à l'extrémité amont de la seconde paroi tronconique aval. Cette paroi tronconique aval s'étend d'amont en aval vers l'intérieur et est reliée à son extrémité aval à l'extrémité amont de la partie aval 56.FIGS. 2 and 3 show an embodiment of this sealing part 50. In the example shown, the part 50 essentially comprises three parts, a substantially cylindrical upstream portion 52, an axially elastically deformable intermediate portion 54, and a substantially cylindrical downstream portion 56. The upstream part 52 of the part comprises a radial excess thickness and is in axial bearing upstream on the downstream radial face of the flange 24 of the compressor. In the example shown, the upstream portion 52 has an outer diameter substantially equal to the outer diameter of the flange 22. The upstream portion 52 is further radially supported on the outer periphery of the flange 38 of the radial diffuser 14. The intermediate portion 54 of the piece 50 has in section a V-shaped which is elastically deformable (by compression - arrow 58). This part comprises a first upstream frustoconical wall which extends from upstream to downstream and whose upstream end is connected to the downstream end of the upstream part 52 and the downstream end is connected to the end. upstream of the second downstream frustoconical wall. This downstream frustoconical wall extends from upstream to downstream inwards and is connected at its downstream end to the upstream end of the downstream part 56.

La partie aval 56 a un diamètre sensiblement égal à celui de la partie amont 52. Son extrémité aval est en appui axial sur la face amont de la paroi radiale amont 30 du diffuseur radial 14. Dans l'exemple représenté, la partie aval 56 comprend une paroi ou nervure annulaire externe 58 à proximité de son extrémité aval. Cette paroi 58 définit avec la paroi radiale 30 du diffuseur un logement annulaire de montage d'un joint annulaire 60 d'étanchéité. Ce joint 60 a par exemple en section une forme en W et prend appui axialement sur la face aval de la paroi 58 et la face radiale amont de la paroi 30. Ce joint 60 assure une étanchéité radiale entre la paroi amont 30 du diffuseur radial 14 et l'extrémité aval de la pièce 50. La pièce d'étanchéité 50 selon l'invention peut être montée de la façon suivante.The downstream portion 56 has a diameter substantially equal to that of the upstream portion 52. Its downstream end is axially supported on the upstream face of the upstream radial wall 30 of the radial diffuser 14. In the example shown, the downstream portion 56 comprises an outer annular wall or rib 58 near its downstream end. This wall 58 defines with the radial wall 30 of the diffuser an annular housing for mounting an annular seal 60. This seal 60 has, for example, a W-shaped cross-section and bears axially on the downstream face of the wall 58 and the upstream radial face of the wall 30. This seal 60 provides a radial seal between the upstream wall 30 of the radial diffuser 14 and the downstream end of the piece 50. The sealing piece 50 according to the invention can be mounted as follows.

La pièce 50 est montée autour de la virole 36 du diffuseur radial 14 par translation axiale depuis l'amont jusqu'à ce qu'elle vienne en appui axial par son extrémité aval sur le diffuseur. L'extrémité amont de la pièce coopère avec la périphérie externe de la bride 38 du diffuseur pour assurer le centrage de la pièce 50. Le joint 60 peut être monté à l'extrémité amont de la pièce 50, préalablement au montage de la pièce. La bride 38 de fixation du diffuseur radial 14 est ensuite appliquée et fixée sur les brides 26, 24, et les moyens du type vis-écrou sont serrés, ce qui provoque la mise en contrainte axiale de la pièce 50.The piece 50 is mounted around the ferrule 36 of the radial diffuser 14 by axial translation from the upstream until it comes into axial bearing by its downstream end on the diffuser. The upstream end of the part cooperates with the outer periphery of the flange 38 of the diffuser to ensure the centering of the workpiece 50. The seal 60 can be mounted at the upstream end of the workpiece 50, prior to assembly of the workpiece. The flange 38 for fixing the radial diffuser 14 is then applied and fixed on the flanges 26, 24, and the screw-nut type means are tightened, which causes the axial stress of the piece 50.

Claims

REVENDICATIONS1. Turbomachine, comprising a centrifugal compression stage (10) and a radial annular diffuser (14), the centrifugal compression stage comprising a wheel (18) surrounded by an outer annular wall (20) and defining with this wall a compression vein whose radial outlet is substantially aligned with the inlet of the diffuser, the radial diffuser being connected to an upstream shell (36) whose upstream end is fixed to the upstream end of another upstream shell (22) connected to the external wall mentioned above (20), characterized in that the ferrule of the radial diffuser comprises holes (46) of air passage and in that the turbomachine further comprises an annular piece (50) sealing which surrounds the shell of the radial diffuser and which is mounted in axial prestressing between the diffuser and the means (24, 38) for fixing the ferrules.

2. The turbomachine according to claim 1, characterized in that the piece (50) is elastically deformable in the axial direction.

3. The turbomachine according to claim 1 or 2, characterized in that the piece (50) comprises an annular portion (54) having a U-section or V, which is elastically deformable in the axial direction.

4. Turbomachine according to one of the preceding claims, characterized in that the part (50) comprises means (52, 56) for axial support at each of its axial ends.

5. Turbomachine according to one of the preceding claims, characterized in that the shell (36) of the diffuser (14) comprises at its upstream end an annular flange (38) which is applied on a downstream radial face of an annular flange ( 24) of the shell (22) of the outer wall (20), and which is fixed to this flange by means (40) of the screw-nut type, the upstream end (52) of the piece (50) being in axial support on the aforementioned downstream face.

6. The turbomachine according to claim 5, characterized in that the upstream end (52) of the piece (50) bears radially on the outer periphery of the flange (38) of the radial diffuser (14).

7. A turbomachine according to one of the preceding claims, characterized in that the downstream end (56) of the piece (50) bears axially on an upstream radial wall (30) of the radial diffuser (14).

8. Turbine engine according to one of the preceding claims, characterized in that an annular seal (60) sealing is mounted between the downstream end (56) of the piece (50) and the diffuser (14).

9. A turbomachine according to claim 8, characterized in that the seal (60) is prestressed axially between a radial wall (58) of the piece (50) and an upstream radial wall (30) of the radial diffuser (14).

10. annular piece (50) for sealing a turbomachine according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises means (52) of upstream axial support, means (56) of downstream axial support, and an annular portion (54) with a U-shaped or V-shaped section, which is resiliently deformable in the axial direction.